高梯度定向凝固共晶高温合金的组织与性能

制备共晶自生复合材料的生产效率低、增强相体积分数调节范围小等因素极大地制约了共晶自生复合材料的发展和商业应用。采用 LMC 和电子束区熔两种高温度梯度定向凝固装置,不但提高了自生复合材料的生产效率,而且还扩大了增强相体积分数的调节范围。在 LMC 高温度梯度定向凝固条件下,凝固速率在7.14μm/s 范围内,偏离共晶成分2.9wt%Ni-Nb 亚共晶合金都可制备出片层状共晶自生复合材料。生长速率平方根的倒数与共晶片层间距具有线性对应关系,该系统有λ~2R=83.14μm~3/s 的关系式。Ni-TaC 系共晶自生复合材料中 TaC 纤维体积分数在一定范围内随凝固速率而改变。其中,Ni—TaC16复合材料中 TaC 纤维间距和凝固速率的函数关系为λ=13.18R~(-0.4972),横向面积与凝固速率的函数关系为 S=-0.6597R+5.14。Ni-TaC 系复合材料中 TaC 和基体相的界面结构一般为规则的折线状。同时,还发现了不规则的折线界面形貌、波浪线形界面形貌和鱼骨状界面形貌。纤维状的共晶 TaC 以金字塔方式定向生长,形成规则排列的 TaC 纤维。共晶 TaC 横向边缘不稳定性和生长速率的各向异性决定了共晶 TaC 横向截面的多样性。Ni-TaC16共晶自生复合材料拉伸性能,随着纤维体积分数的增大而显著提高。室温和高温的形变强化特征决定了复合材料常温和高温的拉仲断裂模式。